Emisiones de material particulado en almacenamiento de minerales a la intemperie

Abstract

El trabajo se enmarca dentro de una amplia línea de investigación sobre emisiones de material particulado en diversas prácticas operativas industriales financiada en convocatoria pública (Convocatoria del Plan General I+D del Ministerio de Educación y Ciencia 2006-2007-2008) mediante el proyecto CTM2005-00187/TECNO, "Modelos de predicción y sistemas de prevención en la contaminación atmosférica industrial por partículas". Dicho proyecto pretende el estudio del comportamiento de las emisiones de polvo generadas en determinadas aplicaciones industriales para lograr la modelización del fenómeno de la puesta en suspensión de las partículas sólidas y su propagación, evaluando las variables que en ello interfieren y recomendando las líneas de actuación para minimizar la contaminación producida. Para ello se utilizarán adecuadamente las siguientes herramientas: elementos finitos (MEF), códigos numéricos (CFD) y representación mediante realidad virtual. Se realizarán asimismo campañas de captación de polvo, medidas de variables meteorológicas y caracterización del material a estudiar mediante microscopía electrónica, todo ello con objeto de ajustar los modelos elaborados. En general la contaminación atmosférica suele ser estudiada sobre el análisis de amplios entornos geográficos y teniendo en cuenta la contaminación producida por muy diversas fuentes. Además de dichos análisis sobre amplios entornos, tiene una muy especial relevancia los campos de actividades industriales tales como las operaciones portuarias de carga y descarga de minerales, las canteras, los parques de almacenamientos, los transportes continuos y/o discontinuos de graneles sólidos, etc y los subcampos de actividades industriales por ejemplo arranque, carga y transporte. Existen a su vez algunas fases operacionales que son causantes de la mayor parte de emisión de material particulado a la atmósfera. Destacaremos: las voladuras, el apilamiento a la intemperie y en los sitemas portuarios objeto de la tesis doctoral, los transportes continuos mediante cinta transportadora, la carga con cinta transportadora, los movimiento de materiales mediante medios discontínuos la carga y descarga con cuchara. El estudio del comportamiento de la emisión de polvo en los sistemas de apilamiento de minerales ó materiales granulares a la intemperie, fundamentalmente en sistemas portuarios de carga y descarga de barcos, parques de almacenamiento en centrales térmicas y cementeras, se suele realizar mediante sistemas convencionales de cálculo mediante formulaciones empíricas y/ó formulaciones derivadas de la EPA (Environmental Protection Agency). Dichas metodologías de cálculo son lentas, complejas, presentan limitaciones en las configuraciones geométricas y en las disposiciones espaciales. Mediante las modelizaciones tanto de viento en primer lugar como posteriormente multifásicas (polvo y partículas sólidas) con CFD (Computacional Fluid Dynamics) se resuelven los problemas apuntados, pudiendo a partir de dichos modelos realizar y ejecutar programas más sencillos para el manejo de usuarios no expertos. Se trabajaron con dos técnicas de modelización: mediante el método Post y a través de rutinas en Fortram. Es preciso para ello que dichas modelizaciones sean caladas ó ajustadas mediante las correspondientes campañas de medidas, trabajando con carbón, caliza y cemento y empleando captadores de polvo, anemómetros de hilo caliente, medidores de humedad TDR y estaciones metereológicas. Para su introducción en las modelizaciones, las muestras de polvo obtenidas en los ensayos se caracterizaron en el Incar perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas mediante microscopía y con un análisis granulométrico por Coulter. Las modelizaciones mediante CFD nos permiten asímismo el estudio de los correspondientes sistemas de protección que en nuestro caso han sido las barreras que son las más usuales en la industria. Se analizó el comportamiento del viento y del viento y polvo en el conjunto barrera-parva, definiendo de ésta forma aquellas configuraciones óptimas de las mismas así como las relaciones de su altura y distancia a la parva con la altura de la barrera que minimizaban el impacto ambiental por polvo. Se investigó además, como tema muy novedoso, el comportamiento de las barreras porosas definiendo desde el punto de la emisión de polvo que las barreras con un 30% de porosidad eran las que presentaban un mejor comportamiento.